LabWindows相關論述講課教案

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。LabWindows相關論述-基于LabWindows/CVI的軍用電站頻率的測量當今世界快速發(fā)展，科技創(chuàng)新日新月異。隨著高精尖裝備在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中的大量應用，人們對電能質(zhì)量要求越來越高，而軍用電站的測試也就變得十分重要。隨著我軍裝備電氣化水平的不斷提高，武器系統(tǒng)對軍用電站的依存度也在不斷提高。軍用電站的電氣性能是整個武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能正常發(fā)揮的基本保障，電站的電氣性能必須滿足用電裝備的要求，因此無論是在電站裝備的研制開發(fā)、出廠驗收以及維護保障過程中，軍用電站的電氣性能測試都是核心任務之一。本文主要基于La

2、bWindows/CVI，按照國軍標規(guī)定的檢測方法和技術指標，對軍用電站的頻率及各項指標進行測試并計算，最后得出是否符合要求的結(jié)論。軍用電站的電氣性能指標軍用電站的電氣性能主要包括三個方面：電壓特性、頻率特性和波形特性。電壓特性主要包括：穩(wěn)態(tài)電壓、電壓整定范圍、穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率、瞬態(tài)電壓調(diào)整率、電壓波動率、電壓穩(wěn)定時間等；頻率特性主要包括：穩(wěn)態(tài)頻率、穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率、頻率波動率、瞬態(tài)頻率調(diào)整率、頻率穩(wěn)定時間等；波形特性主要包括：線電壓波形正弦性畸變率、相電壓總諧波含量、單個諧波含量、波峰系數(shù)等。對于三相電站還包括不對稱負載下的線電壓偏差、三相電壓不平衡值、三相電壓相移等參數(shù)。這些指標都是軍用電站重

3、要的電氣性能指標，集中體現(xiàn)了軍用電站的電氣性能，相關的國標和國軍標對不同類型的軍用電站的性能指標范圍有著明確的規(guī)定，GJB235A-97規(guī)定四種類型電站的八項主要電氣性能指標的劃分標準，正確理解這些指標的含義、測試條件和方法是正確進行軍用電站電氣性能測試的前提。本文主要對頻率的四項指標：穩(wěn)態(tài)調(diào)整率、瞬態(tài)調(diào)整率、穩(wěn)定時間、波動率進行研究。1.1穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率1.1.1定義GJB/T1488對穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率(%)f的定義是指負載漸變和突變前后穩(wěn)定的頻率變化，用額定頻率的百分數(shù)表示，即：式中：f額定頻率，Hz；f1負載漸變和突變后的穩(wěn)定頻率，取各讀數(shù)中（相對于f差值大）的最大值，Hz。1.1.2測量

4、方法（1）電站處于冷態(tài)，啟動并調(diào)整電站在額定工況下。（2）減負載至空載，從空載逐級加載至額定負載的25、50、75、100，再將負載逐級由100減至空載，記錄各負載下的穩(wěn)定頻率。（3）調(diào)整電站載額定工況下。（4）減負載至空載，從空載突加額定負載，再突減該負載至空載，記錄突加負載后的穩(wěn)定頻率讀數(shù)。分別調(diào)整調(diào)整測試電站處于冷態(tài)和熱態(tài)，額定負載，額定電壓（功率因數(shù)為1.0）和95額定電壓（功率因數(shù)為0.8（滯后）和1.0）狀態(tài)下，重復步驟14，記錄有關數(shù)據(jù)。1.1.3與其它標準中類似指標對比分析ISO8528對頻率降fst(%)定義是指在固定頻率整定的條件下，額定空載頻率與標稱功率時的額定頻率之間的

5、頻率差值，用某一百分數(shù)表示，即：式中：fst額定空載頻率，Hz；fi,r額定頻率，Hz。fi,r可以理解為按額定工況整定的空載頻率。1.2頻率波動率頻率波動率描述了頻率在不變負載下保持恒定的趨勢。1.2.1定義GJB/T1488對頻率波動率fB(%)定義為負載不變時的頻率變化限度，用規(guī)定值的百分數(shù)表示，即：式中：fB,max負載不變時的最高頻率，Hz；fB,min負載不變時的最低頻率，Hz。fB,max和fB,min取同一負載下同一次測量的最大值和最小值。1.2.2測試方法（1）電站處于冷態(tài)，啟動并調(diào)整電站在額定工況下。（2）減負載至空載，從空載逐級加載至額定負載的25、50、75、100，再

6、將負載逐級由100減至空載，觀察在各負載下頻率波動后的最大值和最小值（觀察1次1min）并作記錄。（3）調(diào)整電站載額定工況下。（4）減負載至空載，從空載突加額定負載，再突減該負載至空載，觀察在各負載下頻率波動后的最大值和最小值（觀察1次1min）并作記錄。分別調(diào)整調(diào)整電站處于冷態(tài)和熱態(tài)，額定負載，額定電壓（功率因數(shù)為1.0）和95額定電壓（功率因數(shù)為0.8（滯后）和1.0）狀態(tài)下，重復步驟14，記錄有關數(shù)據(jù)。1.2.3與其它標準中類似指標對比分析ISO8528-5對穩(wěn)態(tài)頻率帶f(%)的定義是指恒定功率時的發(fā)電機組頻率圍繞某一平均值波動的包絡線寬度用額定頻率的某一百分數(shù)表示之值，即：式中：f包絡

7、線寬度；f額定頻率。1.3諧波含量諧波的基本概念:軍用電站提供的標準正弦波數(shù)學表達式為：式中：初相角；角頻率。在實際供電系統(tǒng)中，電站電壓的波形往往偏離正弦電壓而發(fā)生畸變?；儾ㄐ慰梢杂靡幌盗胁煌l率的正弦函數(shù)之和來近似，即：其中，sin1t項稱為基波，其它波形成為諧波，并且諧波頻率是基波頻率的整數(shù)倍，如sin31t項稱為3次諧波，sin51t項稱為5次諧波等。1.4頻率穩(wěn)定時間頻率穩(wěn)定時間是判定瞬間頻率特性的重要依據(jù)之一，直接影響軍用電站供電質(zhì)量。定義：GJB1488對頻率穩(wěn)定時間的定義是指從頻率突變是起至頻率開始穩(wěn)定在頻率波動范圍內(nèi)止所需的時間。LabWindows/CVI的基本介紹目前，我

8、們所使用的虛擬儀器軟件主要是由美國NI公司推出的系列軟件，其中基于ANSIC的集成開發(fā)環(huán)境LabWindows/CVI適用于測試系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及信號的分析與處理，并且提供了簡單易用的編程環(huán)境。由于它主要針對工控領域，使得該工具效率高、簡單易用、開發(fā)迅速。LabWindows/CVI是為測試控制技術的軟件技術人員而開發(fā)的，主要適用于各種測試、控制、故障分析及信息處理軟件的開發(fā)，尤其是大型、復雜的測試軟件，使用LabWindows/CVI開發(fā)可以獲得優(yōu)良的測試性能。在國外，LabWindows/CVI最早應用于航空航天的飛行器測試，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地應用于工業(yè)技術的各個領域。由于LabWindows/

9、CVI開發(fā)工具的不斷完善，新的軟件開發(fā)包和對軟件組件的支持能力增強。對于不太復雜的非測試應用程序也可以通過LabWindows/CVI實現(xiàn)。此外，LabWindows/CVI還是教學和科研過程中有效的硬件調(diào)試軟件工具，還可作為開發(fā)一般應用軟件的可選工具之一。LabWindows/CVI是基于C語言的交互式軟件開發(fā)平臺，它將功能強大的、使用靈活的C語言與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測控專業(yè)工具有機地結(jié)合起來，既簡化了編程步驟，又保證了程序運行效率，是開發(fā)自動測試、自動控制、測試儀器通信、測試硬件控制和信號分析處理軟件的理想開發(fā)平臺。利用LabWindows/CVI作為測試系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺，主要具有

10、以下優(yōu)點：1、交互式的程序開發(fā)，效率高，可靠性強功能強大的函數(shù)庫，方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理3、開放式的框架結(jié)構，儀器驅(qū)動簡單4、靈活的程序調(diào)試手段，方便系統(tǒng)調(diào)試5、高效的編程環(huán)境，提高了開發(fā)效率頻率的測量方法頻率測量是電子測量領域的最基本測量之一。由于頻率信號抗干擾性強、易于傳輸、測量準確度較高,因此許多非頻率量的傳感信號都轉(zhuǎn)換為頻率量來進行測量和處理。因此頻率測量方法愈來愈引起關注和研究。頻率測量可以分為兩大類，即硬件測量方法和軟件測量方法。3.1硬件測頻法硬件測頻法的原理是通過電壓比較器將正弦波信號變換為同頻率的方波信號，由方波信號的上升沿或下降沿向CPU提出中斷，CPU通過測量相鄰兩個

11、中斷的時間間隔來求取電壓信號周期，以此得到頻率值。為消除諧波對測量結(jié)果影響，測頻電路還必須前置低通濾波器來濾除諧波。硬件測頻法實現(xiàn)電路簡單，響應快，計算機計算量小，在許多電力系統(tǒng)的監(jiān)護和保護裝置中都設置了硬件測頻電路，采用硬件測頻。硬件測頻的缺陷是易受諧波影響，且需要一定的硬件開銷。傳統(tǒng)的頻率測量方法有兩種。一種是測頻法,在一定時間間隔TG內(nèi)測出待測信號重復變化的次數(shù)N,則被測信號的頻率為：另一種方法是測周法,在被測信號的一個周期內(nèi)測出標準高頻信號fs的個數(shù)N,則被測頻率：以上兩種方法的主要誤差是計數(shù)器的1量化誤差,對于測頻法,測量的相對誤差為：測周法測量的相對誤差為：可見測頻法對高頻信號有較

12、高的測量精度,而測周法對低頻信號的測量精度較高。在對測量精度要求高的情況下,兩種方法的頻率測量范圍受到很大限制。使用多周期同步測頻法對硬件測頻法進行改進：多周期同步測頻法是將標準頻率信號和待測信號分別輸入到兩個計數(shù)器進行同步計數(shù)。測量時先由單片機預置閘門時間TG,當閘門開啟信號來到時,計數(shù)器并不立即計數(shù),而是等到被測信號的觸發(fā)沿到來時,兩個計數(shù)器才開始計數(shù)。當內(nèi)部預置閘門時間結(jié)束時,兩個計數(shù)器并不立即停止計數(shù),而是等到被測信號下一個同相位觸發(fā)沿到來才關閉同步門并停止計數(shù)。可見多周期測頻法的實際閘門時間不是固定的值,它是被測信號周期的整數(shù)倍,即與被測信號同步。3.2軟件測頻法軟件測頻法是通過數(shù)據(jù)

13、處理程序?qū)Σ蓸訑?shù)據(jù)進行分析計算求取系統(tǒng)頻率，軟件測頻法根據(jù)其數(shù)據(jù)處理算法的不同可以歸納為以下幾種：3.2.1周期法原始的周期法，也稱零交法（Zero-CrossingMethod），測量原理是通過測量信號波形相繼過零點的時間間隔來計算信號頻率。這種方法物理概念清晰、易于實現(xiàn)，但精度低，受諧波、噪聲和非周期分量影響較大，實時性不好。在實際測量系統(tǒng)中常采用周期法的改進算法，如水平交算法、高次修正函數(shù)法、最小二乘多項式曲線擬合法等，這些改進算法精度較高，但算法復雜，計算量較大。3.2.2解析法解析法的原理是對信號觀測模型進行數(shù)學變換，將待測量f或f表示為樣本值的顯函數(shù)來估計。解析法采用簡單的信號觀測

14、模型，算法簡明，計算量不大，較傳統(tǒng)的周期法有所改進，但難以適應非穩(wěn)態(tài)頻率的測量，即使在穩(wěn)態(tài)條件下，也必須有嚴格的前置濾波環(huán)節(jié)，且算法推導有近似化過程，精度總體不高，常應用于速度和精度要求不高且信號的非特征分量可以忽略的場合。3.2.3誤差最小化原理類算法誤差最小化原理類算法的原理是采用含噪聲的信號觀測模型，算法設計以最小化誤差的某種范數(shù)為目標，由于數(shù)學分析和信號處理領域?qū)Υ祟愃惴ㄓ性敿毜年U述，故問題的關鍵在于將測量求解化為相應的標準格式，并減少計算量。此類算法包括最小二乘算法、最小絕對值近似法、牛頓類算法、離散卡爾曼濾波算法等。誤差最小化原理類算法的最大優(yōu)點是能較好地抑制具有白噪聲動態(tài)的干擾信號,但其算法復雜，要借助于軟件程序?qū)崿F(xiàn)，隨著數(shù)字信號處理硬件的發(fā)展，該類算法逐漸從離線分析應用進入實時控制領域。3.2.4DF